Sự tương tác giữa các xung lade mạnh, cực ngắn, phân cực thẳng với nguyên tử (Mc Pherson et al., 1987; Li et al., 1989; Sarukura et al., 1991; Crane et al., 1992; Faldon et al., 1992; Kondo et al., 1993; L’Huillier and Balcou, 1993; Macklin et al., 1993; Perry and Crane, 1993; Wahlstrưm et al., 1993; Tisch et al., 1994; Myazaki and Takada, 1995), với các đám nguyên tử (Donelly et al., 1996; Hu and Xu, 1997) và với các phân tử (Ivanov and Corkum, 1993; Liang et al., 1994) gây ra sự phát các bức xạ điều hịa cĩ tần số gấp nhiều lần tần số trường lade ban đầu (các sĩng hài bậc cao) trong vùng XUV (Extreme Urtraviolet) hoặc vùng tia X mềm (Soft X-rays) của phổ, gọi là sự phát các sĩng hài bậc cao – High-order Hamornics Generation (HHG).
Hình 2.9:Hiện tượng phát xạ HHG.
HHG chính là những photon sinh ra với tần số lớn là một số nguyên lần tần số của xung lade chiếu tới. Photon phát ra cĩ những tính chất tương tự như ánh sáng lade chiếu tới: nĩ xuất hiện như một chùm sáng cĩ hướng và cĩ thểđược nén thành một xung ngắn.
Với nhu cầu tạo ra xung ánh sáng siêu ngắn, các nhà nghiên cứu đã nghĩđến việc sử dụng chính các electron trong nguyên tử. Các electron này khi tương tác với hạt nhân sẽ bức xạ ra sĩng điện từ dưới dạng các photon, thơng thường nếu các điện tử do chịu ảnh hưởng bởi trường ngồi và bị kích thích phát xạ thì những phát xạ này rất nhỏ, khơng thể phát hiện được. Các nhà nghiên cứu đã đặt vấn đề rằng nếu cĩ thể tác dụng một trường ngồi đủ mạnh để cho các electron thốt ra khỏi hố thế của nguyên tử và quay trở lại kết hợp với hạt nhân mẹ của nĩ và đồng thời phát ra photon năng lượng cao. Vì electron được dao động trong một điện trường ngồi nên năng lượng của electron khi tương tác với hạt nhân mẹ sẽ lớn, nhờ vậy sĩng phát ra sẽ cĩ năng lượng lớn hơn bình thường.
Do đĩ, ban đầu các thí nghiệm về sự phát xạ sĩng hài bậc cao được tiến hành với mục đích chính là để khảo sát những điều kiện quang học cần thiết cho sự phát xạ sĩng hài bậc cao, từđĩ phát triển nguồn phát xạ ánh sáng xung ngắn trong vùng XUV và vùng tia X mềm. Tuy nhiên, trong quá trình tìm hiểu về phổ phát xạ của sĩng hài đối với một số phân tử đơn giản, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng phổ phát xạ sĩng hài phụ thuộc vào sự định hướng của trục phân tử. Hơn nữa, sự phát xạ
sĩng hài xảy ra tại thời điểm tái kết hợp electron và ion mẹ, do đĩ các nhà nghiên cứu đã cho rằng sĩng hài bậc cao mang thơng tin cấu trúc của phân tử. Từđĩ đã mở ra một hướng nghiên cứu mới trong vật lí học: sử dụng sĩng hài bậc cao phát ra khi cho lade xung ngắn, cường độ mạnh tương tác với phân tử, nguyên tử để tìm hiểu về thơng tin cấu trúc của các phân tử. Đây là một trong những lĩnh vực thu rút nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trên thế giới [6], [7], [9].